CN113795533A - 全息记录组合物、全息记录介质、光学元件、装置和部件、以及形成全息衍射光栅的方法 - Google Patents

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Abstract

目的是提供一种能够进一步改善全息图的衍射特性和透明性的全息记录组合物。本技术提供了一种全息记录组合物，其至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。本技术还提供了一种全息记录介质，所述全息记录介质包括光敏层，所述光敏层至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。此外，本技术还提供了一种使用所述全息记录介质的全息光学元件。此外，本技术还提供了一种使用所述全息光学元件的光学装置和光学部件。本技术还提供了一种用于形成全息衍射光栅的方法，所述方法包括：通过具有空间调制幅度的电磁束使全息记录介质选择性地反应。

Description

全息记录组合物、全息记录介质、光学元件、装置和部件、以及 形成全息衍射光栅的方法
技术领域
本技术涉及全息记录组合物、全息记录介质、全息光学元件、使用该全息光学元件的光学装置和光学部件、以及用于形成全息衍射光栅的方法。
背景技术
全息图是通过在光敏材料等上记录光的明暗(干涉)图案作为折射率等的图案而获得的，并且被广泛用于诸如光学信息处理、安保、医学、或平视显示器等领域。全息图因其能够以大容量将关于物体的三维信息记录为光学信息，故作为下一代记录介质而备受关注。
迄今为止，已经针对全息图的材料提出了各种建议。例如，专利文献1提出了一种通过全息曝光获得体积相型透明全息图的透明全息光敏记录材料，该透明全息光敏记录材料主要包含：树脂，其在室温和常压下为固体且为溶剂可溶性的；聚合性单体，其在室温和常压下为液体，在常压下沸点为100℃或更高，具有至少一个可自由基聚合的烯键式不饱和键，并且具有与树脂不同的折射率；第一光引发剂，当其同时暴露于化学作用辐射和Broensted酸或路易斯酸时，产生激活自由基聚合的自由基物种，或第二光引发剂，其包含当暴露于化学作用辐射时产生激活自由基聚合的自由基物种的自由基聚合引发剂和当暴露于化学作用辐射时产生Broensted酸或路易斯酸的阳离子聚合引发剂；增感染料，其使第一光引发剂或第二光引发剂敏感并且具有氨基；和化合物，通过Broensted酸或路易斯酸的作用生成磺酸衍生物而使增感染料褪色或脱色。
此外，专利文献2提出了一种体积全息记录光敏组合物，其包含：(a)具有特定结构的自由基聚合性化合物；(b)光聚合引发剂；以及(c)具有与所述自由基聚合性化合物不同的折射率的化合物，其特征在于包含10至95重量％的自由基聚合性化合物(a)。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请特开平第08-305262号公报
专利文献2：日本专利申请特开第2001-125474号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，在全息技术中，需要进一步改善全息图的衍射特性和透明性。因此，本技术的主要目的是提供一种能够改善全息图的衍射特性和透明性的全息记录组合物、全息记录介质、全息光学元件、使用该全息光学元件的光学装置和光学部件、以及用于形成全息衍射光栅的方法。
解决问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明人进行了深入研究，结果成功地进一步改善了全息图的衍射特性和透明性，并且完成了本技术。
即，本技术提供了一种全息记录组合物，其至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。
所述铬染料可以是通过pH和/或氧化还原而脱色的染料。
所述全息记录组合物可包含两种或更多种聚合引发剂。
所述聚合引发剂可包含一种或多种鎓盐类引发剂。
所述聚合引发剂可包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种非鎓盐类引发剂。
所述聚合引发剂可包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种芳基硼酸盐类引发剂。
所述铬染料可以是选自由噻嗪类化合物、吖嗪类化合物、吖啶类化合物、噁嗪类化合物、和青色素类化合物所组成的群组中的至少一种。
此外，本技术提供了一种全息记录介质，所述全息记录介质包括光敏层，所述光敏层至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。
所述铬染料可以是通过pH和/或氧化还原而脱色的染料。
所述光敏层可包含两种或更多种聚合引发剂。
所述聚合引发剂可包含一种或多种鎓盐类引发剂。
所述聚合引发剂可包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种非鎓盐类引发剂。
所述聚合引发剂可包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种芳基硼酸盐类引发剂。
所述铬染料可以是选自由噻嗪类化合物、吖嗪类化合物、吖啶类化合物、噁嗪类化合物、和青色素类化合物所组成的群组中的至少一种。
此外，本技术还提供了一种使用所述全息记录介质的全息光学元件。
本技术还提供了一种使用所述全息光学元件的光学装置。
此外，本技术还提供了一种使用所述全息光学元件的光学部件。
此外，本技术还提供了一种用于形成全息衍射光栅的方法，所述方法包括：通过具有空间调制幅度的电磁束使全息记录介质选择性地反应，所述全息记录介质包括光敏层，所述光敏层至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。
附图说明
图1是示意性示出根据本技术的实施方式的全息记录介质的示例的截面图。
具体实施方式
在下文中，将描述用于实施本技术的优选实施方式。注意，以下描述的实施方式例示了本技术的典型实施方式，并且本技术的范围不限于这些实施方式。
注意，将按以下顺序描述本技术。
1.本技术的概述
2.第一实施方式(全息记录组合物)
2-1.全息记录组合物
2-2.铬染料
2-3.环氧单体
2-4.聚合引发剂
2-5.其他组分
2-6.全息记录组合物的制造方法
3.第二实施方式(全息记录介质)
3-1.全息记录介质
3-2.光敏层
3-3.透明基材
3-4.全息记录介质的制造方法
4.第三实施方式(全息光学元件)
4-1.全息光学元件
4-2.全息光学元件的制造方法
5.第四实施方式(光学装置和光学部件)
6.第五实施方式(用于形成全息衍射光栅的方法)
<1.本技术的概述>
首先，将描述本技术的概述。
本技术涉及全息记录组合物、全息记录介质、全息光学元件、使用该全息光学元件的光学装置和光学部件、以及用于形成全息衍射光栅的方法。
近年来，已经期望将全息图应用于透视显示器等。用于透视显示器的全息图需要具有高折射率调制量(Δn)、并且透明性和曝光后的衍射特性保持性优异。另一方面，为了获得高的折射率调制量(Δn)，在干涉曝光之后必须经历加热步骤，这是使工艺复杂化的一个因素。此外，在用于形成全息图的方法中，该方法包括在干涉曝光之后经历加热步骤，无法使用具有低耐热性的基材。
作为全息图的材料，例如，已经提出了一种使用热固性增塑剂(环氧低聚物)来改善衍射特性保持性的技术，此外，提出了利用酸在干涉曝光之后将能够被酸脱色的胺基增感染料脱色以增加透明性的技术。然而，在该技术中，在干涉曝光之后进行加热，并且折射率调制量(Δn)小于0.02。此外，由于增感染料被诸如磺酸之类的强酸脱色，因此全息记录介质需要具有高耐酸性，并且存在由于酸而导致全息图长期劣化的担忧。
另一方面，还提出了一种无需在曝光后经历加热步骤的使用丙烯酸单体和阳离子聚合性化合物(环氧单体等)来提高折射率调制量(Δn)和衍射特性保持性的技术。然而，利用这种技术，增感染料不能充分脱色，并且在某些情况下无法获得具有优异透明性的全息图。
如上所述，利用常规技术，难以在曝光后不经历加热步骤的情况下获得具有高折射率调制量(Δn)、透明性和曝光后的衍射特性保持性优异的全息图。
作为各种研究的结果，本发明人发现，通过将其中脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构的铬染料与环氧单体组合，可以使铬染料的脱色体的伯氨基和/或仲氨基与环氧单体反应，使脱色体的结构固定(形成为不可逆结构)，铬染料的脱色反应良好地进行，并且因此可以提高全息图的透明性。此外，本发明人发现，通过将铬染料、环氧单体和聚合引发剂组合，可以在曝光后不经历加热步骤的情况下获得具有高折射率调制量(Δn)、透明性和曝光后的衍射特性保持性优异的全息图。
即，通过将其中脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构的铬染料、环氧单体、和聚合引发剂组合作为全息图的材料，本技术能够在曝光后不经历加热步骤的情况下提供具有优异的衍射特性和透明性的全息记录组合物、全息记录介质、全息光学元件、使用该全息光学元件的光学装置和光学部件、以及用于形成全息衍射光栅的方法。
<2.第一实施方式(全息记录组合物)>
[2-1.全息记录组合物]
根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物是至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂的全息记录组合物，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。
根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物，可以在曝光后不经历加热步骤的情况下获得具有高折射率调制量(Δn)、透明性和曝光后的衍射特性保持性优异的全息图。在下文中，将详细描述每个组分。
[2-2.铬染料]
根据本实施方式的全息记录组合物中包含的铬染料的脱色体的结构包含伯氨基和/或仲氨基。通过使用铬染料，可以使稍后描述的聚合引发剂对光的敏感性敏感。此外，铬染料的脱色体的结构包含伯氨基和/或仲氨基，因此与稍后描述的环氧单体反应并被固定(形成为不可逆结构)。因此，可以使所获得的全息图的透明性良好。
本实施方式中的铬染料可以是藉由温度、光、电场、磁场、压力、pH、氧化还原、溶剂化、异构化、取向等而脱色的染料。其中，铬染料优选是藉由pH和/或氧化还原而脱色的染料。通过使用藉由pH和/或氧化还原而脱色的铬染料，可以容易地获得全息记录期间的敏感性和曝光后的脱色性能。因此，更多地展现出本技术的效果。
此外，本实施方式中的铬染料优选地为选自噻嗪类化合物、吖嗪类化合物、吖啶类化合物、噁嗪类化合物、和青色素类化合物所组成的群组中的至少一种。通过使用具有这些骨架中的任一者的铬染料，可以容易地获得全息记录期间的敏感性和曝光后的脱色性能。因此，更多地展现出本技术的效果。
在本实施方式中的铬染料的具体示例包括亚甲基蓝、番红o、碱性橙G、吖啶橙、吖啶黄、硫堇、甲苯胺蓝o、和中性红，但不限于此。
全息记录组合物中的铬染料的含量可以由本领域技术人员适当地设定，但是相对于全息记录组合物的总质量优选地为0.001-50质量％，且更优选地为0.01-10质量％。
[2-3.环氧单体]
根据本实施方式的全息记录组合物中包含的环氧单体有效地作为增塑剂，用于调节全息记录组合物的粘附性、柔性、硬度和其他物理特性。此外，环氧单体与上述铬染料的脱色体反应，并且铬染料的脱色体的结构被固定(形成为不可逆结构)。因此，可以使所获得的全息图的透明性良好。此外，由于环氧单体可以在曝光后固化，因此可以使所获得的全息图的衍射特性保持性良好。
作为本实施方式中的环氧单体，例如可以使用缩水甘油醚等。缩水甘油醚的具体示例包括烯丙基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、1,5-戊二醇二缩水甘油醚、1,6-己二醇二缩水甘油醚、1,8-辛二醇二缩水甘油醚、1,10-癸二醇二缩水甘油醚、1,12-十二烷二醇二缩水甘油醚、乙二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚、聚丙二醇二缩水甘油醚、新戊二醇二缩水甘油醚、双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷二缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚、二甘油三缩水甘油醚、山梨醇多缩水甘油醚、和季戊四醇多缩水甘油醚，但不限于此。
[2-4.聚合引发剂]
根据本实施方式的全息记录组合物包含聚合引发剂。本实施方式中的聚合引发剂优选地包含一种或多种光聚合引发剂，并且可进一步包含一种或多种热聚合引发剂。
根据本实施方式的全息记录组合物可包含一种聚合引发剂，或者可包含两种或更多种聚合引发剂。聚合引发剂优选地包含一种或多种鎓盐类引发剂，并且更优选地包含上述一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种非鎓盐类引发剂。此外，聚合引发剂更优选地包含上述一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种芳基硼酸盐类引发剂。
在本实施方式中，通过使用鎓盐类引发剂作为聚合引发剂，可以使全息记录期间的聚合引发效果和提高曝光后的铬染料的脱色性能的效果更加良好，并且更多地展现出本技术的效果，技术更多地展现出来。此外，通过组合使用鎓盐类引发剂和芳基硼酸盐类引发剂，可以使全息记录期间的聚合引发效果和提高曝光后的铬染料的脱色性能的效果更加良好，并且更多地展现出本技术的效果。
鎓盐类引发剂的示例包括重氮盐、碘鎓盐、硫鎓盐、磷鎓盐和铋鎓盐。此外，鎓盐的阴离子的示例包括PF6 -、SbF6 -、和B(C6F5)4 -。
芳基硼酸盐类引发剂的示例包括二芳基硼酸盐、三芳基硼酸盐和四芳基硼酸盐。在这些化合物中，优选地使用三芳基硼酸盐。此外，芳基硼酸盐的阳离子的示例包括四烷基铵。
在一个优选的方面，根据本实施方式的全息记录组合物至少包含上述铬染料、环氧单体、鎓盐类引发剂、和三芳基硼酸盐类引发剂。
全息记录组合物中的聚合引发剂的含量可以由本领域技术人员适当地设定，但是相对于全息记录组合物的总质量优选地为0.1-50质量％，且更优选地为1-20质量％。
[2-5.其他组分]
本实施方式的全息记录组合物除了上述组分之外，还可以包含自由基聚合性单体、粘合剂树脂、链转移剂、阻聚剂、UV增敏剂、溶剂等。
自由基聚合性单体的示例包括单官能团、双官能团、三官能团和多官能团丙烯酸酯单体；甲基丙烯酸酯单体；和聚氨酯丙烯酸酯，并且可以使用它们中的一种或多种。其更具体的示例包括双苯氧基乙醇芴二丙烯酸酯。
粘合剂树脂可有效地改善膜强度、耐热性和机械强度。
粘合剂树脂的示例包括：乙酸乙烯酯基树脂，诸如聚乙酸乙烯酯或其水解产物；丙烯酸树脂，诸如聚(甲基)丙烯酸酯或其部分水解产物；聚乙烯醇或其部分缩醛产物；三乙酰纤维素；聚异戊二烯；聚丁二烯；聚氯丁二烯；硅橡胶；聚苯乙烯；聚乙烯醇缩丁醛；聚氯丁二烯；聚氯乙烯；聚芳酯；氯化聚乙烯；氯化聚丙烯；聚-N-乙烯基咔唑或其衍生物；聚-N-乙烯基吡咯烷酮或其衍生物；聚芳酯；苯乙烯和马来酸酐的共聚物或其半酯；以及包含诸如丙烯酸、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙烯腈、乙烯、丙烯、氯乙烯、和乙酸乙烯酯等的可共聚单体中的至少一种作为聚合成分的共聚物，并且可以使用它们中的一种或多种。此外，作为共聚成分，也可以使用包含热固性或光固化性官能团的单体。
此外，作为粘合剂树脂，也可以使用低聚物型可固化树脂。其示例包括通过各种酚类化合物(诸如双酚A、双酚S、线型酚醛清漆、邻甲酚线型酚醛清漆、和对烷基苯酚线型酚醛清漆)与环氧氯丙烷之间的缩合反应而生成的环氧化合物，并且可以使用这些化合物中的一种或多种。
链转移剂可以从聚合反应中的生长末端提取自由基以停止生长，并成为新的聚合反应引发剂物质，被添加至自由基聚合性单体中以能够开始新聚合物的生长。链转移剂的使用增加了自由基聚合的链转移的频率。结果，自由基聚合性单体的反应速率增加，并且可以提高对光的敏感性。此外，自由基聚合性单体的反应速率增加，并且反应贡献成分增加。因此，可以调节自由基聚合性单体的聚合度。
链转移剂的示例包括α-甲基苯乙烯二聚体、2-巯基苯并恶唑、2-巯基苯并噻唑、叔丁醇、正丁醇、异丁醇、异丙苯、乙苯、氯仿、甲乙酮、丙烯和氯乙烯。可以使用它们中的一种或多种。
阻聚剂的示例包括醌基化合物，诸如氢醌；受阻酚基化合物；苯并三唑化合物；和噻嗪类化合物，诸如吩噻嗪。可以使用它们中的一种或多种。
作为UV增敏剂，例如，可以使用蒽基化合物等。
溶剂对于调节粘度和相容性、改善成膜性等是有效的。
溶剂的示例包括丙酮、二甲苯、甲苯、甲乙酮、四氢呋喃、苯、二氯甲烷、二氯甲烷、氯仿和甲醇。可以使用它们中的一种或多种。
[2-6.全息记录组合物的制造方法]
例如，可以通过以下方式来制造根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物：在室温等下将预定量的铬染料、环氧单体和聚合引发剂添加到上述溶剂中，将铬染料、环氧单体和聚合引发剂溶解并混合。此外，可以根据预期用途、目的等添加上述自由基聚合性单体、粘合剂树脂、链转移剂、阻聚剂、UV增敏剂等。在将根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物用于稍后描述的全息记录介质时，该全息记录组合物可以用作涂覆液。
<3.第二实施方式(全息记录介质)>
[3-1.全息记录介质]
根据本技术的第二实施方式的全息记录介质是包括光敏层的全息记录介质，所述光敏层至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。根据本实施方式的全息记录介质包含根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物。
根据本实施方式的全息记录介质可包括光敏层和至少一种透明基材，并且所述光敏层可形成在所述至少一种透明基材上。
在此，图1示出了根据本实施方式的全息记录介质的示例的示意性截面图。所示的全息记录介质1具有三层结构，其中光敏层12设置在透明保护膜11(透明基材)与玻璃或膜基板(透明基材)13之间。如上所述，根据本实施方式的全息记录介质可具有三层结构，其中光敏层形成在第一透明基材上，并且此外，第二透明基材形成在光敏层的其上未形成第一透明基材的主表面上。
根据本技术的第二实施方式的全息记录介质，可以在曝光后不经历加热步骤的情况下获得具有高折射率调制量(Δn)、透明性和曝光后的衍射特性保持性优异的全息图。
[3-2.光敏层]
根据本技术的第二实施方式的全息记录介质中包括的光敏层至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。光敏层包含根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物的材料，并且在以上第2节中针对每种材料描述的所有内容也适用于本实施方式中的全息记录介质的光敏层。全息记录介质的光敏层可以由根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物和其他材料构成，或者可以由根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物构成。
根据本实施方式的全息记录介质的光敏层的厚度可以由本领域技术人员适当地设定，但从衍射效率和对光的敏感性的角度出发，优选地为0.1-100μm，且更优选地为1-30μm。
[3-3.透明基材]
根据本技术的第二实施方式的全息记录介质可包含至少一种透明基材。作为透明基材，可以使用玻璃基板、透明树脂基板等。
透明树脂基板的具体示例包括：聚酯膜，诸如聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氟乙烯基膜、聚偏二氟乙烯膜、聚氯乙烯膜、聚偏二氯乙烯膜、乙烯-乙烯醇膜、聚乙烯醇膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、聚醚砜膜、聚醚醚酮膜、聚酰胺膜、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基共聚物膜、或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜；和聚酰亚胺薄膜。
根据本实施方式的全息记录介质的透明基材的厚度可以由本领域技术人员适当地设定，但从全息记录介质的透明性和刚性的角度出发，优选为0.1-100μm，且更优选为1-30μm。上面示例的膜可以用作全息记录介质的保护膜，并且该膜可以被层压在涂覆表面上。在这种情况下，可以对层压的膜和涂覆表面之间的接触表面进行脱模处理，使得稍后可以容易地剥离该膜。
[3-4.全息记录介质的制造方法]
例如，可通过以下方式来获得根据本技术的第二实施方式的全息记录介质：使用旋涂机、凹版涂布机、逗号涂布机、棒式涂布机等将由以上第2节中所描述的全息记录组合物构成的涂覆液施加至透明基材上，然后将所述涂覆液干燥以形成光敏层。
<4.第三实施方式(全息光学元件)>
[4-1.全息光学元件]
通过使用根据本技术的第二实施方式的全息记录介质来获得根据本技术的第三实施方式的全息光学元件。根据本实施方式的全息光学元件例如可以通过稍后描述的方法对上述全息记录介质进行曝光而得到。全息光学元件例如至少包含铬染料的脱色体、包含衍生自环氧单体的结构单元的聚合物和/或低聚物、和由于外部能量辐射而产生的活性物质引起聚合引发剂的结构变化而获得的产物。
根据本技术的第三实施方式的全息光学元件在曝光后不经历加热步骤的情况下，具有高折射率调制量(Δn)，并且透明性和曝光后的衍射特性保持性优异。在下文中，将具体描述曝光期间假定的反应机理的示例。
在从使用作为根据本技术的第一实施方式的全息记录组合物的至少包含亚甲基蓝、环氧单体、鎓盐类引发剂和三芳基硼酸盐类引发剂的全息记录组合物获得的全息记录介质来获得全息图光学元件的情况下，将描述假定的反应机理的示例。
当全息记录介质暴露于光并且光入射在光敏层上时，由光激发的亚甲基蓝的一部分被三芳基硼酸盐还原并脱色。由于亚甲基蓝的脱色体具有仲氨基，因此亚甲基蓝的脱色体的一部分与环氧单体反应，从而该脱色体的结构被固定(形成为不可逆结构)。另一方面，还发生协同反应，其中亚甲基蓝的脱色体的一部分被鎓盐再氧化(再着色)，并产生自由基和酸。
在全息记录介质中，通过激发一个亚甲基蓝分子，从鎓盐和三芳基硼酸盐中产生两种活性物质。因此，可以设想光子效率也很高，并且可以获得高的折射率调制量(Δn)。
此外，在全息记录介质中，由协同反应产生的酸在全息图形成后使具有促进材料分离效果的环氧单体逐渐固化。因此，可以设想能够提高衍射特性保持性。
此外，在全息记录介质中，通过铬染料与环氧单体之间的反应，铬染料的脱色体的结构被固定(形成为不可逆结构)，并且铬染料的脱色反应良好地进行。因此，可以设想能够提高透明性。此外，由于可以使增感染料(亚甲基蓝)的浓度低于在曝光后不经历加热步骤的常规全息材料的浓度。因此，可以设想能够进一步提高透明性。
[4-2.全息光学元件的制造方法]
根据本技术的第三实施方式的全息光学元件可通过以下方式获得：例如使用半导体激光器在可见光区域中将根据本技术的第二实施方式的全息记录介质暴露于两个光通量，然后用紫外线(UV)照射整个表面，以固化未固化的环氧单体等，并将折射率分布固定在全息记录介质上。本领域技术人员可以根据全息光学元件的预期用途、目的等适当地设定利用两个光通量进行曝光的条件。然而，期望通过将全息记录介质上的一个光通量的光强度设定为0.1-100mW/cm2来执行曝光1至1000秒，并且进行干涉曝光以使得两个光通量之间的角度为0.1-179.9度。
<5.第四实施方式(光学装置和光学部件)>
根据本技术的第四实施方式的光学装置和光学部件使用根据本技术的第三实施方式的全息光学元件。
光学装置和光学部件的示例包括：诸如眼镜、全息屏幕、透明显示器、头戴式显示器或平视显示器之类的图像显示装置、成像装置、成像元件、滤色器、衍射透镜、导光板、光谱元件、全息片、诸如光盘或磁光盘之类的信息记录介质、光学拾取装置、偏振显微镜和传感器。
根据本技术的第四实施方式的光学装置和光学部件均使用具有优异的衍射特性和透明性的全息光学元件。因此，可以实现具有高光学特性和光学稳定性的光学装置和光学部件。此外，在将本技术用于显示器的情况下，可以获得具有高透明性的显示器。
<6.第五实施方式(用于形成全息衍射光栅的方法)>
本技术提供一种用于形成全息衍射光栅的方法，所述方法包括：通过具有空间调制幅度的电磁束使全息记录介质选择性地反应，所述全息记录介质包括光敏层，所述光敏层至少包含铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构。用于形成全息衍射光栅的方法是以上第4-2节中所描述的干涉曝光。因此，将省略对用于形成全息衍射光栅的方法的描述。根据用于形成全息衍射光栅的方法，展现出如以上第4节中所描述的效果。
注意，本技术的实施方式不限于上述实施方式，并且可以在不背离本技术的要旨的情况下对其进行各种修改。
此外，这里描述的效果仅仅是示例，并且本技术的效果不限于此，并且可包括其他效果。
注意，本技术可具有以下配置。
[1]
一种全息记录组合物，其至少含有：铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体的结构具有伯氨基和/或仲氨基。
[2]
根据[1]所述的全息记录组合物，其中所述铬染料是通过pH和/或氧化还原而脱色的染料。
[3]
根据[1]或[2]所述的全息记录组合物，其中包含两种或更多种所述聚合引发剂。
[4]
根据[1]至[3]中任一项所述的全息记录组合物，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂。
[5]
根据[1]至[4]中任一项所述的全息记录组合物，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种非鎓盐类引发剂。
[6]
根据[1]至[5]中任一项所述的全息记录组合物，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种芳基硼酸盐类引发剂。
[7]
根据[1]至[6]中任一项所述的全息记录组合物，其中所述铬染料是选自由噻嗪类化合物、吖嗪类化合物、吖啶类化合物、噁嗪类化合物、和青色素类化合物所组成的群组中的至少一种。
[8]
一种全息记录介质，所述全息记录介质包括光敏层，所述光敏层至少含有铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体的结构具有伯氨基和/或仲氨基。
[9]
根据[8]所述的全息记录介质，其中所述铬染料是通过pH和/或氧化还原而脱色的染料。
[10]
根据[8]或[9]所述的全息记录介质，其中所述光敏层包含两种或更多种所述聚合引发剂。
[11]
根据[8]至[10]中任一项所述的全息记录介质，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂。
[12]
根据[8]至[11]中任一项所述的全息记录介质，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种非鎓盐类引发剂。
[13]
根据[8]至[12]中任一项所述的全息记录介质，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种芳基硼酸盐类引发剂。
[14]
根据[8]至[13]中任一项所述的全息记录介质，其中所述铬染料是选自由噻嗪类化合物、吖嗪类化合物、吖啶类化合物、噁嗪类化合物、和青色素类化合物所组成的群组中的至少一种。
[15]
一种使用了根据[8]至[14]中任一项所述的全息记录介质的全息光学元件。
[16]
一种使用了根据[15]所述的全息光学元件的光学装置。
[17]
一种使用了根据[15]所述的全息光学元件的光学部件。
[18]
一种全息衍射光栅的形成方法，所述方法包括：通过具有空间调制幅度的电磁束使全息记录介质选择性地反应，所述全息记录介质包含光敏层，所述光敏层至少含有铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体的结构具有伯氨基和/或仲氨基。
实施例
在下文中，将参照实施例具体地描述本技术的效果。注意，本技术的范围不限于实施例。
<实施例1>
(全息记录组合物1的制备)
根据下表1所示的量，将作为自由基聚合性单体的双苯氧基乙醇芴二丙烯酸酯(“EA-0200”，由Osaka Gas Chemicals Co.,Ltd.制造)和2-(9H-咔唑-9-基)丙烯酸乙酯(“EACz”，由SIGMA ALDRICH制造)、作为粘合剂树脂的聚乙酸乙烯酯(“SN-09T”，由DenkaCompany Limited制造)、作为增塑剂的1,6-己二醇二缩水甘油醚(“EX-212L”，由NagaseChemteX Corporation制造)、作为铬染料的亚甲基蓝(“MB”，由Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制造)、作为聚合引发剂的4-异丙基-4'-甲基二苯基碘化四(五氟苯基)硼酸酯(“I0591”，由Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制造)和四丁基铵丁基三苯基硼酸酯(“P3B”，由Showa Denko K.K.制造)、作为链转移剂的2-巯基苯并恶唑(“2-MBO”，由TokyoChemical Industry制造)、作为阻聚剂的吩噻嗪(“PT”，由Wako Pure ChemicalIndustries,Ltd.制造)、和作为UV增敏剂的9,10-二丁氧基蒽(“UVS1331”，由KawasakiKasei Chemicals Ltd.制造)在室温下在丙酮溶剂中混合，以制备全息记录组合物1。
(全息记录介质1的制备)
通过棒式涂布机将全息记录组合物1施加至厚度为2.5μm的聚乙烯醇膜上，使其具有3μm的干膜厚度。随后，将光敏层的薄膜表面压合到厚度为1.0mm的玻璃基板上，从而获得通过依次层压玻璃基板、光敏层和聚乙烯醇膜而形成的全息记录介质1。
(全息图1的制备)
使用具有660nm的曝光波长的半导体激光器，将上述全息记录介质1以510mJ/cm2的曝光量暴露于两个光通量。之后，用紫外线(UV)照射整个表面以固化未固化的单体，并且将折射率分布固定在介质1上。作为利用两个光通量进行曝光的条件，通过将记录介质上的一个光通量的光强度设定为4.8mW/cm2来进行53.1秒的曝光，并且进行干扰曝光以使得两个光通量之间的角度为3.0度。结果，在全息记录介质1上形成折射率分布以获得全息图1。
(全息图1的评估)
通过以下方法评估所制备的全息图1的折射率调制量(Δn)、透明性和衍射特性保持性。
折射率调制量(Δn)是使用Kogelnik的耦合波理论(Bell System TechnicalJournal,48,2909(1969))从通过入射到全息图上获得的透射光谱的最大透射率和宽度的一半值来评估的。通过使用由Hamamatsu Photonics Co.,Ltd.制造的点光源作为光源和由Ocean Optics Co.,Ltd.制造的小型光纤光谱仪USB-4000作为光谱仪来测量400-700nm处的透射率来获得透射光谱。
目测评估所获得的全息图1的透明性。在未观察到着色的情况下，透明性被评估为“○”，在观察到着色的情况下，透明性被评估为“×”。
关于衍射特性保持性，将所获得的全息图1在60℃、湿度为80％的环境中放置100小时，目测评估衍射光的色调变化。与测试前的色调相比，未观察到测试后的色调发生变化的情况下，全息图1被评估为“○”，与测试前的色调相比，观察到测试后的色调发生变化的情况下，全息图1被评估为“×”。
<实施例2至5>
(全息记录组合物2至5的制备)
在实施例2中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表1中所示的量获得全息记录组合物2，不同之处在于：使用聚乙酸乙烯酯(“SN-55T”，由DenkaCompany Limited制造)作为粘合剂树脂。
在实施例3中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表1中所示的量获得全息记录组合物3，不同之处在于：使用聚乙酸乙烯酯(“SN-55T”，由DenkaCompany Limited制造)作为粘合剂树脂。
在实施例4中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表1中所示的量获得全息记录组合物4，不同之处在于：使用聚乙酸乙烯酯(“SN-77T”，由DenkaCompany Limited制造)作为粘合剂树脂，使用番红o(“SFO”，由SIGMA ALDRICH制造)作为铬染料，并且不使用链转移剂。
在实施例5中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表1中所示的量获得全息记录组合物5，不同之处在于：使用碱性橙G(“AOG”，由SIGMA ALDRICH制造)作为铬染料。
(全息记录介质2至5的制备)
分别使用上述全息记录组合物2至5，以与实施例1类似的方式制备全息记录介质2至5。
(全息图2至5的制备)
分别使用上述全息记录介质2至5，以与实施例1类似的方式制备全息图2至5。
(全息图2至5的评估)
以与实施例1类似的方式评估所制备的每个全息图2至5的折射率调制量(Δn)、透明性和衍射特性保持性。
<比较例1至5>
(全息记录组合物101至105的制备)
在比较例1中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表2中所示的量获得全息记录组合物101，不同之处在于：使用非环氧基癸二酸二乙酯(“SDE”，由Wako Pure Chemical Industry,Ltd.制造)作为增塑剂。
在比较例2中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表2中所示的量获得全息记录组合物102，不同之处在于：在聚合引发剂中未使用四丁基铵丁基三苯基硼酸酯(“P3B”，由Showa Denko K.K.制造)。
在比较例3中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表2中所示的量获得全息记录组合物103，不同之处在于：在聚合引发剂中未使用4-异丙基-4'-甲基二苯基碘化四(五氟苯基)硼酸酯(“I0591”，由Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制造)。
在比较例4中，使用与实施例5类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表2中所示的量获得全息记录组合物104，不同之处在于：使用非环氧基癸二酸二乙酯(“SDE”，由Wako Pure Chemical Industry,Ltd.制造)作为增塑剂。
在比较例5中，使用与实施例1类似的材料，以与实施例1类似的方式，按照表2中所示的量获得全息记录组合物105，不同之处在于：使用非环氧基癸二酸二乙酯(“SDE”，由Wako Pure Chemical Industries,Ltd.制造)作为增塑剂，并且使用3,3'-二乙基氧杂碳花青碘(“DEOCYI”，由SIGMA ALDRICH制造)作为铬染料，其脱色体具有不包含伯氨基或仲氨基而是仅包含叔氨基的结构。
(全息记录介质101至105的制备)
分别使用上述全息记录组合物101至105，以与实施例1类似的方式制备全息记录介质101至105。
(全息图101至105的制备)
分别使用上述全息记录介质101至105，以与实施例1类似的方式制备全息图101至105。
(全息图101至105的评估)
以与实施例1类似的方式评估所制备的每个全息图101至105的折射率调制量(Δn)、透明性和衍射特性保持性。
<试验结果>
表1和2示出了上述实施例1至5和比较例1至5中的全息图的试验结果。注意，在表1和表2中，以质量％表示组分的数值。
[表1]
Figure GDA0003343135040000181
Figure GDA0003343135040000191
[表2]
Figure GDA0003343135040000192
通过参照实施例1和比较例1、以及实施例5和比较例4，发现使用环氧单体作为增塑剂可以提高透明性和衍射特性保持性。
此外，通过参照实施例1和比较例2和3，发现使用鎓盐类引发剂和芳基硼酸盐类引发剂作为聚合引发剂进一步提高了折射率调制量(Δn)、透明性和衍射特性保持性。
此外，通过参照实施例5和比较例5，发现使用脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构的铬染料提高了折射率调制量(Δn)和透明性。
如上所述，根据本技术，通过将其中脱色体具有包含伯氨基和/或仲氨基的结构的铬染料、环氧单体和聚合引发剂组合，可以在曝光后不经历加热步骤的情况下获得具有高折射率调制量(Δn)、透明性和曝光后的衍射特性保持性优异的全息图。
附图标记
1 全息记录介质
11 透明保护膜(透明基材)
12 光敏层
13 玻璃或膜基板(透明基材)

Claims (18)

1.一种全息记录组合物，所述全息记录组合物至少含有：铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体的结构具有伯氨基和/或仲氨基。
2.根据权利要求1所述的全息记录组合物，其中所述铬染料是通过pH和/或氧化还原而脱色的染料。
3.根据权利要求1所述的全息记录组合物，其中包含两种或更多种所述聚合引发剂。
4.根据权利要求1所述的全息记录组合物，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂。
5.根据权利要求1所述的全息记录组合物，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种非鎓盐类引发剂。
6.根据权利要求1所述的全息记录组合物，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种芳基硼酸盐类引发剂。
7.根据权利要求1所述的全息记录组合物，其中所述铬染料是选自由噻嗪类化合物、吖嗪类化合物、吖啶类化合物、噁嗪类化合物、和青色素类化合物所组成的群组中的至少一种。
8.一种全息记录介质，所述全息记录介质包括光敏层，所述光敏层至少含有铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体的结构具有伯氨基和/或仲氨基。
9.根据权利要求8所述的全息记录介质，其中所述铬染料是通过pH和/或氧化还原而脱色的染料。
10.根据权利要求8所述的全息记录介质，其中所述光敏层包含两种或更多种所述聚合引发剂。
11.根据权利要求8所述的全息记录介质，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂。
12.根据权利要求8所述的全息记录介质，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种非鎓盐类引发剂。
13.根据权利要求8所述的全息记录介质，其中所述聚合引发剂包含一种或多种鎓盐类引发剂和一种或多种芳基硼酸盐类引发剂。
14.根据权利要求8所述的全息记录介质，其中所述铬染料是选自由噻嗪类化合物、吖嗪类化合物、吖啶类化合物、噁嗪类化合物、和青色素类化合物所组成的群组中的至少一种。
15.一种使用了根据权利要求8所述的全息记录介质的全息光学元件。
16.一种使用了根据权利要求15所述的全息光学元件的光学装置。
17.一种使用了根据权利要求15所述的全息光学元件的光学部件。
18.一种全息衍射光栅的形成方法，所述方法包括：通过具有空间调制幅度的电磁束使全息记录介质选择性地反应，所述全息记录介质包含光敏层，所述光敏层至少含有铬染料、环氧单体和聚合引发剂，所述铬染料的脱色体的结构具有伯氨基和/或仲氨基。
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